2013 年 11 月 19 日，包含 11 个 CubeSat 任务的 ELaNa IV 发射升空。(资料来源：NASA)在浩瀚的宇宙中，难以想象的巨大通常是常态。但当航空航天工程教授 Jordi Puig-Suari 开始仰望星空时，他开始思考“小”。他和斯坦福大学教授 Bob Twiggs 一起开发了CubeSat，一种纸巾盒大小的卫星，它极大地激发了人们对太空的兴趣，并彻底改变了卫星通信。Puig-Suari 在 1999 年于加州理工州立大学任教时，对当时卫星的典型尺寸不以为然——用他的话说，“有点大材小用”。当时的卫星尺寸常常比三角钢琴还大，重量达数千磅。于是，他帮助蓝图绘制了一种边长为 10 厘米、重不到 1.33 公斤（2.93 磅）的航天器。这大约相当于一个人脑的大小和质量。起初，这个设备的唯一目标是训练学生如何制造卫星，而卫星在历史上组装成本高昂，更不用说发射了。出乎意料的是，CubeSat 大获成功，催生了如今一些人称之为“微型火箭太空竞赛”的局面。如今，近 两千颗微型航天器已被送入地球轨道，还有数百颗正在途中。几十家科技初创公司已经进入了微小卫星领域，而像 Rocket Lab、波音、SpaceX 等成熟的零重力公司，以及众多大学和军事部门，都在定期使用这些所谓的纳米卫星。
挪威学生卫星 NCube2。(资料来源：Bjørn Pedersen, NTNU)NASA 最近在洞察号火星着陆器任务中选择了两个 CubeSat，它们将作为通信中继。CubeSat 设计现已成为数十家公司原型产品的标准，甚至小学也建造了 CubeSat。它们不仅可用于观测大气层和监测地球，还可以帮助我们研究从辐射对电子设备的影响到地球地磁赤道附近的等离子体气泡。这一切让 Puig-Suari 有些震惊。“我们有时不得不捏捏自己，”他说。“我们非常自豪。所有能够进入太空并飞行卫星的新参与者，都在创造新的公司，而这些公司之前从未认为自己有可能涉足太空市场。”这恰逢航天产业整体投资激增的时期。根据《Space Investment Quarterly》的最新报告，仅在 2018 年第一季度，就有近 10 亿美元投资于太空初创公司（包括 290 家卫星公司）。自 2009 年以来，已有 148 亿美元投资于太空公司。在这个快速扩张的行业中，有很多机会可以赚钱——如果你能成功进入太空。
廉价进入太空
自 1957 年斯普特尼克 1 号发射以来，已有 8650 颗大小不一的卫星被送入太空。现在，大部分已经在大气层中烧毁，但有些确实得以幸存并坠落回地球。过去，有些也曾很小——斯普特尼克号直径约 58 厘米。但 CubeSat 流行起来还需要一些时间。尽管早在 1999 年就已设计出来，但第一个 CubeSat 发射直到 2003 年才发生，当时一艘俄罗斯火箭首次将大约六个单元弹出。有很多方法可以将有效载荷送入轨道。最常见的是垂直发射，即从发射台向上发射的火箭。但你也可以从一架747 飞机下方起飞，这种技术被称为“空中发射入轨”。维珍轨道已经测试过这种发射策略，而其他公司也计划在未来三年内采用。这意味着你可以使用普通机场而不是昂贵的航天发射场将火箭送入太空。
B2Space 设想利用巨大的气球将有效载荷发射到太空。(资料来源：B2Space)再进一步简化技术，一家位于英国的公司 B2Space 希望利用高空气象气球进入太空。这些廉价的气球可以达到地球上方 40 公里处，然后发射火箭将其送入近地轨道。这种被称为Rockoon（火箭气球）的方案，最早由 James Van Allen 于 1949 年开发，他利用该技术发现了地球大气层如何捕获空间辐射。但 Rockoon 廉价、简单的设计最近又重新流行起来，这得益于技术进步。B2Space 的模型避免了其他方法许多空气动力学上的限制。第一级将完全可重复使用，这降低了成本，而且几乎可以从任何地方部署，无需等待狭窄的发射窗口。“由于系统的性质，我们可以很轻松地四处移动，”B2Space 的联合创始人之一 Victor Montero 说。“一些应用只是因为没有大型卫星飞往某个区域而无法执行。”B2Space 计划于 2021 年发射，并希望通过增加骨灰太空葬等轻型有效载荷来进一步降低成本。Celestis 公司（Space Services Inc. 的子公司，该公司销售可疑的星名命名服务）定期将人类遗骸送入太空，这种做法似乎越来越受欢迎。Montero 说，骨灰实际上并没有“撒播”，因此不会产生太空垃圾，最终会落回地球并在大气层中烧毁。你也可以用这种方式将整个身体送入太空。Montero 提到的另一个想法是按需流星雨。上个月，一家日本公司宣布正在开发一种卫星，该卫星通过发射发光的小球来产生人造流星雨，这些小球在燃烧时会发光。“它们可以定位在某个区域，例如音乐会或节日现场，”Montero 说。“这也超出了我们目前看到的小型卫星的常规应用范围。”
漂浮在太空中的小盒子
然而，当谈到将卫星送入太空时，设计火箭或卫星可能只是容易的部分。似乎很少有公司真正进行过试飞，更不用说推出可行的产品了。“这是一个非常繁忙的领域，”英国私人发射服务公司 Orbex 的首席执行官 Chris Larmour 说。“你必须区分那些只是谈论某事的人和那些真正拥有实现该事所需资源、技能和经验的人。实际上，只有一小部分公司和个人拥有能够完成这项工作的那种能力和资源。”就 Orbex 而言，该公司成立于 2015 年，似乎在欧洲微型火箭竞赛中处于领先地位。该公司获得了 3000 万英镑（3960 万美元）的资金，并将与美国航空航天巨头洛克希德·马丁公司共享位于苏格兰北部的一个即将开放的航天发射场。他们的首次发射定于 2021 年。但对许多其他人来说，进入太空仍然是一个梦想。“‘太空’部分很有趣，但对于确保成功的业务来说，它并不是真正重要的，”Blink Astro 的首席执行官 John Olds 在一封电子邮件中说。“就像任何业务一样，开发客户和可持续的收入来源才是王道。”
HaloSat，一项新的 CubeSat 任务，旨在研究环绕银河系的炽热气体晕，于 7 月 13 日在澳大利亚上空从国际空间站释放。(资料来源：NanoRacks/NASA)Olds 的公司总部位于佐治亚州亚特兰大，其 BlinkSats 是基于 CubeSat 标准设计的。它仅够容纳电池、基本的通信载荷和太阳能电池板。与其他微小卫星一样，他们的航天器不使用烟火推进系统，并避免使用可分离部件，因此不会产生额外的太空垃圾。BlinkSats 尚未进入轨道（第一次演示发射计划于今年秋季），但 NASA 最近与制造商合作，以构建将实现星际互联网的技术。它包括可用于商业近地轨道星座（协同工作的卫星群）和深空群的航天器，这些航天器将数据发送到月球以外的远方。蜂群般的 CubeSat 甚至有一天可能会利用太阳风采集小行星。但目前，B2Space 希望更好地连接地球上的每个人。“我们预计在未来十年内，数万亿台智能设备需要定期连接到互联网，”Olds 说。“想想智能家居、智慧城市、智能汽车、智能集装箱、智能农场、智能工厂等等。”物联网的即将普及是 CubeSats 可能会变得越来越受欢迎的一个主要原因。但现在，它们仍然依附于更大的货物运输。由于它们的重量很轻，一些发射公司，例如总部位于弗吉尼亚州的 TriSept，已经开始提供“拼车”服务，以便像 Blink Astro 这样的初创公司可以专注于制造卫星而不是火箭。CubeSats 甚至激发了一些“叛逆”的公司在未经许可的情况下发射物体。去年 12 月，联邦通信委员会 (FCC) 告知总部位于硅谷的 Swarm Technologies 公司，他们不能发射其 SpaceBEES——四颗有史以来最小的 CubeSats，尺寸为 10 厘米 x 10 厘米 x 2.8 厘米——因为这些卫星太难追踪。但一个月后，该公司无视 FCC 的担忧，悄悄地还是发射了，使用的是一艘印度火箭，这一行为可能为未来的发射设定了危险先例。事实上，CubeSats 的应用远远超出了通信和观测领域，特别是当多群卫星结合起来创建浮动网络时。它甚至是一个生物学领域：NASA 的 GeneSat-1 在太空进行了基因实验，而 PharmaSat 则观察了酵母在微重力下的反应。随着更多发射即将进行，我们才刚刚开始看到 CubeSat 的各种用途。“很高兴看到 [CubeSat] 使太空民主化，”Puig-Suari 说。“卫星不再是困难的部分或重要部分。”“这是一个很好的例子，说明学生、大学和冒险家们勇于尝试一些疯狂的事情，”他补充道。“一个疯狂的想法之所以变成一个绝妙的想法，是因为它成功了，但我认为我们应该比实际做得更常尝试疯狂的想法。”
